DE885123C - Anordnung zum Schweissen mit Schutzgas - Google Patents

Anordnung zum Schweissen mit Schutzgas

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DE885123C
DE885123C DEA14812A DEA0014812A DE885123C DE 885123 C DE885123 C DE 885123C DE A14812 A DEA14812 A DE A14812A DE A0014812 A DEA0014812 A DE A0014812A DE 885123 C DE885123 C DE 885123C
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DE
Germany
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welding
arc
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positive
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Expired
Application number
DEA14812A
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English (en)
Inventor
Gunnar Bengtsson
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ABB Norden Holding AB
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ASEA AB
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/10Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
    • B23K9/1006Power supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Anordnung zum Schweißen mit Schutzgas Bei .der Lichtbogenschweißung von Eisen, Metallen, insbesondere von Aluminium, von Metalllegierungen und ähnlichen Werkstoffen sowie nichtrostendem Werkstoff benutzt man ein Verfahren, bei dem .die Schweißwärme in einem Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer Wolframelektrode im Beisein eines Schutzgases, vorzugsweise Argon oder Helium, erzeugt wird. Hierbei wird, außer bei geringen Abmessungen der Werkstücke, ein zusätzlicher Elektrodendraht verwendet, der in den Lichtbogen eingeführt wird. Der Lichtbogen wird gewöhnlich mit Wechselstrom gespeist, wenigstens beim Schweißen von Aluminium und ähnlichem Werkstoff sowie bei kleineren Werkstücken aus nichtrostendem Werkstoff. Die bisher verwendeten Lichtbogenschweißtransformatoren sind gewöhnlich Streufeldtransformatoren oder solche mit Drosselspulen zwecks Erzielung einer Stromreglung und geeigneten Strom-Spannungs-Charakteristik.
  • Beim Schweißen mit den bekannten Transformatoren entsteht besonders bei Aluminium ein gewisser Gleichrichtungseffekt infolge der unterschiedlichen Fähigkeit des Wolframs und Aluminiums, Elektronen abzugeben. Die Wolframelektrode nimmt eine wesentlich höhere Temperatur an als das Werkstück aus Aluminium und gibt schon aus diesem Grund leichter Elektronen ab. Hinzu kommt, daß Wolfram einen geringeren Kathodenspannungsabfall als Aluminium bedingt. Diese Umstände bewirken, daß eine in ihrer positiven und negativen Halbwelle unausgeglichene Stromwelle erhalten wird. An dem Lichtbogen liegt eine Gleichspannung mit Pluspol an der Elektrode.
  • In dem Schweißstromkreis muß eine Anordnung zur Zündung des Lichtbogens mittels eines hochgespannten Funkens für jede Halbwelle vorhanden sein.. Der an dem induktiven Stromkreis hierbei entstehende Einschaltstromstoß vergrößert, wie im folgenden dargelegt wird, den Gledchrichtungseffekt weiter, wodurch besonders ungünstige Schweißergebnisse erhalten werden.
  • Die durch die kräftige Gleichrichtung bei den bekannten Anordnungen entstehenden: Nachteile äußern sich vor allem darin, daß die bei positiver-Elektrode erzielte Entoxydierung des Aluminiums Mark vermindert wird oder ganz ausbleiben kann. Die Schmelze wird dann von .einer Oxydschicht bedeckt, und das Zusammenfließen wie auch die Zuführung von Zusatzmaterial werden erschwert. Auch die Lichtbogenleistung sinkt hierbei, und die .kräftige Gleichrichtung verursacht einen hohen Magnetisierungsstrom im Transformator. Die Steigerung des Magnetisierungsstromes bedingt, daß bei normalen Transformatoren die Stromentnahme auf etwa 70 °/o des Nennwertes; gesenkt werden muß, um den Transformator gegen Übererwärmung zu schützen.
  • Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen, auf verschiedene Weise' dem Schweißstromkreis eine gegen die Gleichspannung des Lichtbogens gerichtete Spannung zuzuführen. Hierbei sind Akkumulatoren oder Kondensatoren verwendet worden. Diese Hilfsmittel konnten die erwähnten Nachteile bei allen von ein und demselben Transformator entnommenen Schweißstromstärken nicht ganz beseitigen, oder sie waren zu -teuer.
  • Die Erfindung bezweckt, einen verbesserten Ausgleich zwischen den--pösitiven und-negativen Halbwellen bei einer Anordnung für Schutzgasschweißung zu erreichen, die aus einem Transformator, Stromregelorgan, Zündvorrichtung und Schweißelektrode besteht. Das Kennzeichnende der Erfindung ist, daß der verwendete Transformator , ein normaler Starkstromtransformator mit geringer Streureaktanz ist und daß der Stromreglung ein im wesentlichen Ohmscher Widerstand dient.
  • In der Zeichnung zeigt das Schaubild in Fig. z den ungünstigen .Stromverlauf, der bei bekannten Anordnungen mit induktivem Schweißstromkreis erhalten wird; Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Schaubild, das die Anordnung nach der Erfindung darstellt, und in Fig. 3 i"st ein Schaltbild für die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt.
  • In Fig. z bezeichnet die gestrichelte Sinuslinie i die Spannung zwischen der .Elektrode und dem Werkstück .und die ausgezogene Kurve 2 die mit Rücksicht auf die Induktivität des Stromkreises phasenverschobene Stromkurve. Die mit der AbszissenachGe parallelen strichpunktierten Geraden 3 und ¢ bezeichnen die niedrigsten Spannungen, die bei positiver bzw. negativer Elektrode für das' Brennen des Lichtbogens erforderlich sind, die also aufgebracht werden müssen, damit der Lichtbogen zündet. Zufolge der Eigenschaft der Wolframelektrode, leichter Elektronen zu emittieren als Aluminium, und wegen des geringen Kathodenspannungsabfalles, des Wolframs wird die erforderliche Mindestbogenspännung bei positiver Elektrode (Gerade 3) größer als bei negativer Elektrode (Gerade 4).
  • Beim, Einschalten eines induktiven Stromkreises entsteht nach Fig. a ein Verlauf; bei dem in jedem Einschaltzeitpunkt, außer im synchronen, ein Einschaltstromstoß entsteht, der positiv ist, also eine Stromerhöhung gegenüber dem Strom bei synchroner Einschaltung ergibt, wenn die Einschaltung vor dem Zeitpunkt geschieht, der dem synchronen entspricht. Erfolgt jedoch die Einschaltung nach dem :genannten Zeitpunkt, erhält man einen negativen Stromstoß. Die Zündung des Lichtbogens für jede neue Halbperiode kann natürlich nicht erfolgen, bevor der Lichtbogen in der vorhergehenden erloschen und die erforderliche Lichtbogenspannüng wieder vorhanden ist. Nach einigen Halbperioden hat sich -der Einschwingvorgang stabilisiert.
  • Wie aus der Figur hervorgeht, ist .die Elektrode kürzere Zeit positiv als negativ. Der Zeitpunktfür die Zündung liegt dadurch generell näher dem synchronen für d ie Zündung bei positiven Halbperioden als bei negativen. Der Einschaltstromstoß wird also weniger positiv oder sogar negativ in den positiven Halbperioden im Gegensatz zu dem Verhalten bei negativen Halbperioden, wo er immer positiv wird, d. h. die Amplitude vergrößert.
  • Wird der Zeitpunkt für eine positive Halbperiode verzögert, so wird einmal der Effektivwert dieser Halbperiode verringert und zum andern der Lichtbogen früher. zum Erlöschen gebracht. Hieraus folgt, däß der Lichtbogen bei der folgenden negativen Halbperiode früher zündet, wodurch ihr _ Effektivwert weiter erhöht wird.
  • Bei Fig. z wurde angenommen, daß .die Zündung des Lichtbogens erfolgte, sobald eine.-genügend hohe Spannung verfügbar ist. Der während der ersten Halbperiode gezündete Lichtbogen brennt, solange eine hinreichende Spannung da ist, er .erlischt also bei einer Spannung unterhalb der Geraden 3: Die Wiederzündung kann unmittelbar nach .dem Stromnulldurchgang erfolgen, sobald .eine zureichende Spannung verfügbar ist. Nach der vierten Halbperiode ist der Vorgang stabilisiert. Die Figur zeigt also, daß der Gleichrichtungseffekt sich erhöht hat. Besonders beim Schweißen von Material mit größeren Abmessungen und vor allem, wenn hierbei mit großer Lichtbögenlänge gearbeitet wird, kann die gesteigerte Gleichrichtung durch die ungünstige Verschiebung des Zeitpunktes für die Einschaltung zur Folge haben, daß die Zündung in Iden positiven Halbperioden ganz ausbleibt.
  • Aus Fig. r geht auch deutlich eine weitere ungünstige Wirkung einer solchen Anordnung hervor. Da der Strom nach der Zündung einer Sinüskurve folgt, wächst er bei positiven Halbperioden verhältnismäßig langsam, was,die Unsicherheit für die Zündung erhöht und bewirkt, daß sie zuweilen ganz ausbleibt.
  • Eine Berechnung des in Fig. i dargestellten Verlaufs ergibt, daß nach dem Eintreten der Stabilität die negativen Halbperioden einen Effektivwert haben, der etwa 20% höher als der der positiven liegt. Diese ungünstige Erscheinung tritt in der Praxis noch deutlicher hervor infolge der :größeren Schwierigkeit, die positiven Halbperioden zu zünden. Die geschilderten Umstände tragen also :dazu bei, daß der Transformator einer unerwünschten Gleichstromerregung ausgesetzt wird.
  • In Fig. 2 wird ein der Fig. i entsprechender Verlauf dargestellt, der :durch eine Anordnung nach der Erfindung erzielt wird. Das zugehörige Schaltbild ist in Fig. 3 angegeben, in dem i i den Schweißtransformator bezeichnet, der erfindungsgemäß ein normaler Starkstromtransformator mit geringer Streureaktanz ist. Die Sekundärwicklung des Transformators speist über einen'Ohmschen Regelwiderstand 12 und eine Hochfrequenzzündvorrichtung 13 die Elektrode 1q.. Diese letztere besteht zweckmäßig-erweise aus Wolfram. Der gegen das Werkstück 15 gerichtete Lichtbogen soll in an sich bekannter Weise in Anwesenheit von einem Schutzgas brennen. Die Zündung :des Lichtbogens erfolgt durch Impulse von der Hochfrequenzvorrichtung 13; der Hochfrequenzkreis wird über den Kondensator 16 geschlossen.
  • Aus Fig. 2 geht das erheblich verbesserte Gleichgewicht zwischen der positiven und negativen Halbperiode hervor, was dadurch zustande kommt, daß der Schweißstromkreis die geringstmögliche Reaktanz enthält, so daß Strom und Spannung in Phase liegen. Die Spannungskurve ist wie zuvor mit i und die in Phase liegende Stromkurve mit 2 bezeichnet. Die geringste Spannung für die Zündung des Lichtbogens bei positiver und negativer Elektrode ist wieder durch die Geraden 3 bzw. q. gekennzeichnet. Bei 5 sieht man, wie der Strom bei der Zündung unmittelbar auf einen der Spannung entsprechenden Mornentanwert steigt. Bei 6 erlischt der Lichtbogen, zündet aber wieder bei 7, wenn die L ichtbogenspannung den Mindestwert gemäß der Geraden q. erreicht. Diese steile Stromzunahme bei der Zündung für jede Halbperiode erhöht die Zündsicherheit und die Stabilität des Lichtbogens während der ersten unsicheren Augenblicke in jeder Halbperiode. Die natürliche Gleichrichtung im Lichtbogen gibt indem im wesentlichen aus Ohmschen Widerständen bestehenden Schweißstromkreis Anlaß zu einem Spannungsabfall, der die Gleichstromkomponente im Gegensatz zu den Verhältnissen bei bekannten Arten von Lichtbogenschweißtransformatoren verkleinert. Wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine Leerlaufspannung gewählt, die wenigstens 2,5 mal und höchstens 5 mal größer ist als die Lichtbogenspannung oder den maximal zulässigen Wert nach den gegenwärtigen Normen erreicht hat, so erreicht man an Stelle des bei normalen Transformatoren unvermeidlichen, beträchtlichen Gleichstromes nur einen unbedeutenden Gleichrichtungseffekt.
  • Wie aus der Beschreibung hervorgeht, verursacht der induktive Widerstand eine Verstärkung des Gleichrichtungseffektes. Eine gewisse Gleichrichtung kann bei der Schweißung jedoch zugelassen werden, so daß der Schweißstromkreis auch Induktivitäten gewisser Größe enthalten kann. Natürlich wird dann der Gleichrichtungseffekt größer, als wenn der Schweißstromkreis im wesentlichen aus Ohmschen Widerständen besteht. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß eine gewisse Induktivität im Stromkreis zugelassen werden kann.
  • Durch die Erfindung erreicht man außer :den genannten Vorteilen, daß der Lichtbogen leicht auf eine gewünschte Länge auseinandergezogen werden kann, ohne daß die Zündung aussetzt, und daß .die Oxydierung des Werkstückes in weitgehendem Maß verhindert oder beseitigt wird.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Schweißen mit Schutzgas, bestehend aus Transformator, Stromregelorgan, Zündvorrichtung und Schweißelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ein normaler Starkstromtransformator mit geringer Streureaktanz ist und der Stromreglung ein im wesentlichen Ohmscher Widerstand dient.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß der Schweißstromkreis eine induktive Komponente enthält, jedoch von solcher Größe, daß keine schädliche Gleichrichtung entsteht.
DEA14812A 1949-09-12 1951-12-23 Anordnung zum Schweissen mit Schutzgas Expired DE885123C (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE592168A BE592168A (fr) 1960-03-25 1960-06-22 Dispositif enrouleur de fil avec tambour fixe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE885123X 1949-09-12

Publications (1)

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DE885123C true DE885123C (de) 1953-08-03

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ID=20374518

Family Applications (1)

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DEA14812A Expired DE885123C (de) 1949-09-12 1951-12-23 Anordnung zum Schweissen mit Schutzgas

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